Определение влияния температурно-скоростных параметров деформации на структуру жаропрочного никелевого сплава
Автор: Абашев Д.Р., Бондарь В.С., Диковицкий П.О., Морозов С.В.
Статья в выпуске: 4, 2024 года.
Бесплатный доступ
Рассматриваются некоторые вопросы, связанные с возможностью прогнозирования структуры гранульных жаропрочных никелевых сплавов после горячей деформации, существенное влияние на которую оказывают температурно-скоростные условия деформации. Разработан метод прогнозирования структуры материала по возникающим в нем в процессе изотермической штамповки напряжениям и температурам. Для формирования требуемой структуры в гранулируемых жаропрочных никелевых сплавах (ЖНС) рационально использовать условия изотермической или близкой к ней деформации. Существенное влияние на размеры зерен при этом оказывают температурно-скоростные условия деформации, которые выбирают с учетом химического состава сплава и требуемой степени деформации. Для оценки структуры материала была определена зависимость, которая может быть получена: путем экспериментальных исследований образцов из материала ЖНС, путем проведения испытания на осадку с различными степенями деформации и замера размера γ′-фазы после испытания. Для определения степени влияния скорости деформации и температуры деформации на изменение структуры были проведены исследования микроструктуры образцов после испытания на осадку из ЖНС с определением размера γ′-фазы. Было выполнено исследование микроструктуры с увеличением 10 000 раз. Проведен анализ результатов исследований деформируемости и микроструктуры сплава ЖНС. По результатам проведенных исследований было установлено, что с увеличением температуры деформации отмечается укрупнение γ′-фазы как внутри, так и на границе зерен при всех скоростях деформации. При этом следует отметить, что малые скорости деформации при температурах выше 1100 °С приводят к значительному росту размера γ′-фазы. А также незначительное влияние температуры деформирования, начиная с 1100 °С при скоростях выше 0,017 с-1.
Жаропрочные никелевые сплавы, гранульные сплавы, функционально-градиентная структура, изотермическая штамповка, математическое моделирование
Короткий адрес: https://sciup.org/146283047
IDR: 146283047 | УДК: 669.245 | DOI: 10.15593/perm.mech/2024.4.01
Influence of temperature-velocity deformation parameters on structures of the heat-resistant nickel alloy
The paper aims at predicting structures of granular heat-resistant nickel alloys after hot deformation, which is significantly influenced by temperature-velocity deformation conditions. The developed method predicts the material′s structure based on stresses and temperatures arising in it during isothermal stamping. To form a required structure in granulated heat-resistant nickel alloys (HRNA), it is rational to use the conditions of close-to-isothermal or isothermal deformation. The temperature-velocity deformation conditions, which are chosen taking into account the chemical composition of the alloy and the required degree of deformation, have a significant effect on grain sizes. To assess the material structure, a relation was determined. This dependence can be obtained by experimental studies of the samples from the HRNA material, by conducting a sludge test with various degrees of deformation and by measuring the size of the γ′ phase after the test. To determine the degree of influence of the deformation rate and deformation temperature on the change in the structure, microstructure studies of samples were carried out after sludge testing of HRNA with the determination of the size of the γ′ phase. The microstructure was studied with a magnification of 10,000 times. We analyzed the results of studying deformability and microstructure of the HRNA alloy. According to these results, it was found that with an increase in the deformation temperature, the γ′ phase both inside and at the grain boundary at all deformation rates was greater. It should be noted that low deformation rates at temperatures above 1100 ° C lead to a significant increase in the size of the γ′ phase. Also there is a slight influence of the deformation temperature starting from 1100 ° C at velocities above 0.017 s-1.
Список литературы Определение влияния температурно-скоростных параметров деформации на структуру жаропрочного никелевого сплава
- Иноземцев, А.А. Газотурбинные двигатели. Часть 1 / А.А. Иноземцев, В.Л. Сандарский. – Пермь: Изд. ОАО «Авиадвигатель», 2006. – С. 599.
- Fatigue resistance of the grain size transition zone in a dual microstructure superalloy disk / T.P. Gabb [et al.] // International Journal of Fatigue. – 2011. – Vol. 33, no. 3. – P. 414–426.
- Каблов, Е.Н. Создание современных жаропрочных материалов и технологий их производств для авиационного двигателестроения / Е.Н. Каблов, Б.С. Ломберг, О.Г. Оспенникова // Крылья Родины. – 2012. – № 3–4. – С. 34.
- Влияние комбинированного нагружения на параметры штамповки плоских дисков в состоянии сверхпластичности / O.M. Смирнов [и др.] // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. – 1997. – № 1. – С. 1.
- Исследования и разработка инновационных технологических процессов и интеллектуальных систем управления для изготовления деталей газотурбинных двигателей (ГТД) / В.Л. Афонин [и др.]. – М.: ИМАШ, 2019. – 137 с.
- Кукса, Л.В. Исследования микромеханизма деформации сплава ЭП741П при различных температурах испытания / Л.В. Кукса, Е.Н. Рудницкий, О.Х. Фаткуллин // Металлургия гранул: сб. статей. – 1989. – Вып. 5. ВИЛС. – С. 265-271.
- Исследование материала заготовок дисков с переменной структурой из гранул жаропрочных никелевых сплавов, изготовленных по технологии прямого ГИП / Д.А. Егоров, Г.С. Гарибов, Н.М. Гриц, А.М. Казберович, Н.А. Рыжова // Технология легких сплавов. – 2014. – № 3.
- Исследование механизма формирования структуры при горячей деформации и термической обработке заготовок турбинных дисков из гранулированного сплава ЭП741НП / Д.Д. Ваулин, О.Н. Власова, Л.Д. Бер, Е.Б. Качанов, О.Г. Уколова // Технология легких сплавов. – 2009. – № 4.
- Lemsky, J. Assessment of NASA Dual Microstructure Heat Treatment Method Utilizing Ladish Super CoolerTM Cooling Technology / J. Lemsky // NASA/CR. – 2005-213574.
- Gayda, J. Dual Microstructure Heat Treatment of a Nickel-Base Disk Alloy / J. Gayda // NASA/TM – 2001-211168.
- Heat Treatment Technology for Production of Dual Microstructure Superalloy Disks / J. Gayda, T. Gabb, P. Kantzos, D. Furrer // NASA/TM. – 2002-211558.
- Furrer, D. Dual-Microstructure Heat Treatment. Advanced Materials and Processes / D. Furrer, J. Gayda. – July 2003. – Р. 36–39.
- Gayda, J. High Temperature Burst Testing of a Superalloy Disk with a Dual Microstructure / J. Gayda, P. Kantzos // NASA/TM. – 2004-212884.
- Lemsky, J. Assessment of NASA Dual Microstructure Heat Treatment Method for Multiple Forging Batch Heat Treatment / J. Lemsky // NASA/NV. – 2004-212950.
- Montero, R. NASA/P&W Dual Microstructure Heat Treat Program / R. Montero // NASA/TM. – 2004-213088.
- Кононов, С.А. Структура и свойства гранулированного сплава ЭП741НП, полученного по технологии, включающей горячее изостатическое прессование и обработку давлением / С.А. Кононов, А.С. Перевозов, Б.А. Колачев // Металлы. – 2007. – № 5. – С. 86–89.
- Волков, А.М. Образование и рост зерен в дисковых гранулируемых жаропрочных никелевых сплавах / А.М. Волков, А.В. Востриков // Новости Материаловедения. Наука и техника. – № 2. – 2017. – С. 3–11.
- Валитов, В.А. Исследование механизма формирования ультрамелкозернистой структуры дуплексного типа в никелевом сплаве при деформационно-термической обработке / В.А. Валитов // Материалы 10 Международной научно-инновационной молодежной конференции. – 2018. – С. 15–31.
- Валитов, В.А. Сверхпластичность жаропрочных никелевых сплавов с микро-, субмикро- и нанокристаллической структурой и перспективы ее использования для получения сложнопрофильных деталей / В.А. Валитов // Тяжелое машиностроение. – 2007. – № 4. – С. 23.
- Superplastic behavior of a powder metallurgy superalloy during isothermal compression / L. Tan, Y. Li, F. Liu [et al.] // J. of Materials Science & Technology. – 2019. – Vol. 35, no. 11. – P. 2591.
- Утяшев, Ф.З. Механика интенсивной пластической деформации в процессах измельчения зерен в суперсплавах / Ф.З. Утяшев, Р.Ю. Сухоруков // Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. – 2022. – Т. 504. – С. 66.
- Влияние деформационно-термической обработки на микроструктуру и сверхпластические свойства порошкового никелевого сплава ЭП741НП / А.А. Ганеев, В.А. Валитов, М.И. Нагимов, В.М. Имаев // Письма о материалах 10 (1). – 2020. – С. 100–105.
- Влияние деформационно-термической обработки на формирование градиентной структуры и механических свойств в диске из гранульного никелевого сплава / А.А. Ганеев, В.А. Валитов, Ф.З. Утяшев, В.М. Имаев // Физика металлов и металловедение. – 2019. – Т. 120, № 4. – С. 442–448.
- Ганеев, А.А. Формирование ультрамелкозернистой структуры в никелевом сплаве ЭП741НП при горячей деформации в (γ+γ′)-области / А.А. Ганеев, В.А. Валитов // Письма о материалах. – 2015. – Т. 5(2). – С. 152–155.
- Волков, А.М. Влияние температурных режимов закалки на структуру и механические свойства дискового гранулируемого жаропрочного никелевого сплава / А.М. Волков, Г.С. Гарибов // Металлургия гранул. Композиционные материалы. – 2013. – № 2. – С. 51–56.
- Моделирование структурообразования в процессе горячей деформации заготовок деталей ГТД из жаропрочного никелевого сплава / И.А. Бурлаков, В.А. Валитов, А.А. Ганеев, Д.М. Забельян, С.В. Морозов, Р.Ю. Сухоруков, Ф.З. Утяшев // Проблемы машиностроения и автоматизации. – 2016. – № 1. – С. 94–101.
- Бурлаков, И.А. Автоматическая линия для изотермической раскатки заготовок дисков газотурбинных двигателей / И.А. Бурлаков, В.В. Морозов, С.В. Морозов // Заготовительные производства в машиностроении. – 2012. – № 5. – С. 26–28.
- Морозов, С.В. Методы расчета сил деформирования при раскатке дисков из жаропрочных сплавов на автоматической линии АЛРД-800. Труды международной научной конференции «Машины, технологии и материалы для современного машиностроения» / С.В. Морозов, В.В. Морозов. – М.: Изд-во «Институт компьютерных исследований», 2013. – С. 69.
- Кайбышев, О.А. Cверхпластичность, измельчение микроструктуры и обработка труднодеформируемых сплавов / О.А. Кайбышев, Ф.З. Утяшев. – М.: Наука, 2002. – 438 с.
- Утяшев, Ф.З. Термомеханические режимы получения ультрамелкозернистых структур в жаропрочных никелевых сплавах / Ф.З. Утяшев, В.А. Валитов // Технология легких сплавов. – 1989. – № 2. – С. 63–67.
- ГОСТ 25.503-97. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод испытания на сжатие. – М.: Стандартинформ, 2005. – 25 с.
- ГОСТ 8817-82 (СТ СЭВ 2839-81). Металлы. Метод испытания на осадку. – М.: Издательство стандартов, 1987. – 3 с.
